The role of the vacuolar H+ - ATPase in membrane fusion

RésuméLa H+-ATPase vacuolaire (V-ATPase) est un complexe enzymatique composé de deux secteurs multimériques (VQ et Vi) dont l'association dans la cellule est réversible. Le secteur intramembranaire de la V-ATPase (V0) interagit physiquement avec des protéines SNARE et stimule la fusion homotypique des vacuoles de la levure (lysosomes), la sécrétion de neurotransmetteurs et d'insuline, la fusion entre phagosome et lysosome ainsi que la sécrétion des corps multivésiculaires par un mécanisme inconnu. Dans cette étude j'ai identifié des résidues d'acides amines situés dans des sous-unités de V0 impliqués dans le mécanisme de fusion des vacuoles mais non essentiels pour l'acidification vacuolaire par la V-ATPase. j'ai utilisé un protocole de mutagenèse aléatoire pour produire des libraries de mutants des sous unités de V0. Ces libraries ont été analysées in vivo afin d'identifier des alleles qui permettent la translocation des protons mais produisent une vacuole fragmentée, phénotype indiquant un défaut dans la fusion membranaire. Les vacuoles des mutants ont été isolées et caractéisées en utilisant une grande variété d'outils biochimiques pour déterminer précisément l'impact des différentes mutations sur l'accomplissement d'événements clés du processus de fusion.J'ai identifié des mutations associées à des défauts spécifiques de la fusion dans plusieurs sous-unités de V0. Dans les protéolipides c, c' et c" ces mutations se concentrent dans la partie cytosolique des domaines transmembranaires. Elles renforcent les associations entre les secteurs de la V-ATPase et entre V0 et les SNAREs. Dans la fusion vacuolaire ces mutations permettent la formation de complexes SNAREs en trans mais inhibent l'induction de la fusion. Par contre, la deletion de la sous- unité d influence les étapes de la fusion qui précèdent la formation des complexes trans-SNAREs. Mes résultats démontrent que V0 joue des rôles différents dans plusieurs étapes de la fusion et que ces fonctions sont liées au système des SNAREs. Ils différencient génétiquement les activités de V0 dans la translocation des protons et dans la fusion et identifient de nombreux résidus importants pour la fusion vacuolaire. De plus, compte tenu de la grande conservation de sequence des protéolipides chez les eukaryotes les mutations identifiées dans cette l'étude apportent de nouvelles informations pour analyser la fonction de V0 dans des organismes multicellulaires pour lesquels la function catalytique de la V-ATPase est essentielle à la survie.Résumé pour le large publicLe transport de protéines et de membranes est important pour maintenir la fonction des organelles dans la cellule. Il s'excerce au niveau des vesicules. La fusion membranaire est un processus élémentaire de ce transport. Pour fusionner deux membranes, il faut la coordination de deux activités: le rapprochement et la déstabiiization des deux membranes. La collaboration d'un ensemble de proteins conservés chez les eukaryotes, est nécessaire pour catalyser ces activités. Les proteins SNAREs sont les protagonistes principaux dans la fusion membranaire. Néanmoins, d'autres protéines, comme des Rab-GTPases et des chaperonnes, sont nécessaires pour permettre ce phénomène de fusion. Toutes ces protéines sont temporairement associées avec les SNAREs et leur fonction dans la fusion membranaire est souvent directement liée à leur activité dans cette association. Le secteur transmembranaire V0 de la V-ATPase rnteragit avec des SNAREs et est essentiel pour la fusion dans une variété de systèmes modèles comme la mouche, la souris et la levure. Le secteur V0 est composé de six protéines différentes. Avec te secteur Va, qui réside dans le cytosol, il forme la V-ATPase dont la fonction principale est l'acidification des organelles par translocation des protons à travers la membrane par un mécanisme ressemblant à celui d'une pompe. V0joue un role dans la fusion membranaire, indépendamment de son activité catalytique liée au pompage des protons, et ce rôle est encore largement méconnu à ce jour. Le but de ma thèse était de mieux comprendre l'implication de V0 dans ce contexte.Pour étudier des activités liées à la V-ATPase, la levure est un excellent modèle d'étude car elle survie à une inactivation de l'enzyme alors que le meme traitement serait léthal pour des organismes multicellulaires. Dans ma thèse j'ai utilisé la fusion homotypique de la vacuole de levure comme système modèle pour étudier le rôle de V0 dans la fusion. J'ai muté des gènes qui encodent des sous- unités de V0 et les ai introduit dans des souches privées des gènes respectifs. Dans les librairies de souches portant différentes versions de ces gènes j'ai cherché des clones exprimant une V-ATPase intacte et fonctionnelle mais qui possèdent une vacuole fragmentée. Le plus souvent, une vacuole fragmentée indique un défaut dans la fusion vacuolaire. Dans les trois types de protéolipides qui composent un cylindre dans le secteur V0, j'ai trouvé des clones avec une vacuole fragmentée. Après avoir isolé les mutations responsable de ce type de morphologie vacuolaire, j'ai isolé les vacuoles de ces clones pour étudier leur activités dans différentes étapes de la fusion vacuolaire. Les résultats de ces analyses mettent en évidence une implication de V0 dans plusieurs étapes de la fusion vacuolaire. Certaines mutations sélectionnées dans mon étude inhibent une étape précoce de la fusion qui inclue la dissociation des complexes SNARE, tandis que d'autres mutations inhibent une étape tardive du processus de fusion qui inclue la transmission d'une force disruptive dans la membrane.AbstractThe membrane-integral V0 sector of the vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) interacts with SNARE proteins. V0 stimulates fusion between yeast vacuoles (lysosomes) (Peters et al., 2001b), secretion of neurotransmitters and insulin (Hiesinger et al., 2005a, Sun-Wada et al., 2006a), phagosome-lysosome fusion (Peri and Nusslein-Volhard, 2008) and secretion of multivesicular bodies (Liegeois et al., 2006b) by a yet unknown mechanism. In my thesis, I identified sites in V0 subunits that are involved in yeast vacuole fusion but dispensable for the proton pumping by the V-ATPase. I randomly mutagenized V0 subunits and screened in vivo for mutant alleles that support proton pumping but cause fragmented vacuoles, a phenotype indicative of a fusion defect. Mutant vacuoles were isolated and analyzed in a cell-free system, allowing assay of key events in fusion, such as trans-SNARE pairing, lipid transition and fusion pore opening (Reese et al., 2005b).Mutants with selective fusion defects were found in several V0 subunits. In the proteolipids c, c' and c", critical mutations are concentated in the cytosolic half of the transmembrane domains. These mutations rendered the V-ATPase holoenzyme more stable and modulated V0-SNARE associations. In vacuole fusion critical proteolipid mutations permitted trans-SNARE pairing but impeded the induction of lipid flow between the membranes. Deletion of subunit d, by contrast, influenced early stages of fusion that precede trans-SNARE pairing. My results show that V0 acts in several steps of the fusion process and that its function is intimately connected to the SNARE system. They genetically separate the proton pump and fusion activities of V0 and identify numerous critical residues. Given the high sequence conservation of proteolipids in eukaryotic life, the identified mutations may be helpful in analyzing the fusion function of V0 also in mammalian cells, where V- ATPase pump function is essential for survival.

Esophageal and pharyngeal strictures: report on 1,862 endoscopic dilatations using the Savary-Gilliard technique

Treatment of symptomatic pharyngeal and esophageal strictures requires endoscopic dilatation. The Savary-Gilliard bougienage was developed by our department and has been used since 1980 for this purpose. We report our experience using this technique. The records of patients seen from January 1, 1963 to December 31, 2005, who had pharyngeal and esophageal strictures needing dilatation, were reviewed. The prevalence of different etiologies, and the incidence of complications using the Savary-Gilliard dilators were assessed. Efficiency of dilatation was assessed over a 17-year segment of this period, using number of dilatations and time intervals between dilatations until resolution of symptoms as outcome measures. Of the 2,652 pharyngeal and esophageal strictures reviewed, 90% were of organic origin (45% benign and 55% malignant stenoses), and 10% were of functional etiology. The most common etiologies were peptic strictures before the era of proton pump inhibitors, and postoperative anastomotic strictures thereafter. A total of 1,862 dilatations using the Savary-Gilliard technique were analyzed. Complication and mortality rates were 0.18 and 0.09% for benign and 4.58 and 0.81% for malignant etiologies, respectively. The number of dilatations per stricture and the time interval between different sessions were dependent on the type of strictures, varying from 1 to 23 dilatations and 7 days to 16 years, respectively. Pharyngeal and esophageal dilatations using the Savary-Gilliard technique were safe when used together with fluoroscopy. Overall, the efficiency of the dilatation procedure was good, but some types of strictures (e.g., caustic, post-surgical and/or post radiotherapy) were refractory to treatment and required repeated dilatations.

Nitric Oxide Induces the Expression of the Monocarboxylate Transporter MCT4 in Cultured Astrocytes by a cGMP-Independent Transcriptional Activation

The monocarboxylate transporter MCT4 is a proton-linked carrier particularly important for lactate release from highly glycolytic cells. In the central nervous system, MCT4 is exclusively expressed by astrocytes. Surprisingly, MCT4 expression in primary cultures of mouse cortical astrocytes is conspicuously low, suggesting that an external, nonastrocytic signal is necessary to obtain the observed pattern of expression in vivo. Here, we demonstrate that nitric oxide (NO), delivered by various NO donors, time- and dose-dependently induces MCT4 expression in cultured cortical astrocytes both at the mRNA and protein levels. In contrast, NO does not enhance the expression of MCT1, the other astrocytic monocarboxylate transporter. The transcriptional effect of NO is not mediated by a cGMP-dependent mechanism as shown by the absence of effect of a cGMP analog or of a selective guanylate cyclase inhibitor. NO causes an increase in astrocytic lactate transport capacity which requires the enhancement of MCT4 expression as both are prevented by the use of a specific siRNA against MCT4. In addition, cumulated lactate release by astrocytes over a period of 24 h was also enhanced by NO treatment. Our data suggest that NO represents a putative intercellular signal to control MCT4 expression in astrocytes and in doing so, to facilitate lactate transfer to other surrounding cell types in the central nervous system. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.

Utility of a biopsy in suspicious pigmented iris tumors.

BACKGROUND: In the presence of pigmented iris lesions evocative of malignant melanoma and implying oncological treatment, a foregoing biopsy to exclude a benign lesion may seem a reasonable approach. After examining patient files, the utility of such a diagnostic approach was explored. MATERIAL AND METHODS: Retrospective, consecutive histopathologic case series of 10 pigmented iris tumor specimens excised since 1993. Histopathologic diagnosis was compared with final diagnosis and outcome in the patient's medical chart. RESULTS: Five biopsies had only nevus cells, whereas ulterior clinical data or histopathologic examinations were compatible with the diagnosis of malignant melanoma. One biopsy contained insufficient sample tissue. Four biopsies confirmed clinical suspicion of iris melanoma. CONCLUSION: In the current case series, 6 out of 10 biopsies provided a falsely reassuring negative or an inconclusive result. Modern management techniques such as ultrasound biomicroscopy and proton therapy of the whole anterior segment have equally diminished indications for a biopsy. In cases clinically evocative of iris melanoma, a biopsy has only a relative value.

Role of the V-ATPase in regulation of the vacuolar fission-fusion equilibrium.

Like numerous other eukaryotic organelles, the vacuole of the yeast Saccharomyces cerevisiae undergoes coordinated cycles of membrane fission and fusion in the course of the cell cycle and in adaptation to environmental conditions. Organelle fission and fusion processes must be balanced to ensure organelle integrity. Coordination of vacuole fission and fusion depends on the interactions of vacuolar SNARE proteins and the dynamin-like GTPase Vps1p. Here, we identify a novel factor that impinges on the fusion-fission equilibrium: the vacuolar H(+)-ATPase (V-ATPase) performs two distinct roles in vacuole fission and fusion. Fusion requires the physical presence of the membrane sector of the vacuolar H(+)-ATPase sector, but not its pump activity. Vacuole fission, in contrast, depends on proton translocation by the V-ATPase. Eliminating proton pumping by the V-ATPase either pharmacologically or by conditional or constitutive V-ATPase mutations blocked salt-induced vacuole fragmentation in vivo. In living cells, fission defects are epistatic to fusion defects. Therefore, mutants lacking the V-ATPase display large single vacuoles instead of multiple smaller vacuoles, the phenotype that is generally seen in mutants having defects only in vacuolar fusion. Its dual involvement in vacuole fission and fusion suggests the V-ATPase as a potential regulator of vacuolar morphology and membrane dynamics.

Estimating the apparent transverse relaxation time (R2(*)) from images with different contrasts (ESTATICS) reduces motion artifacts.

Relaxation rates provide important information about tissue microstructure. Multi-parameter mapping (MPM) estimates multiple relaxation parameters from multi-echo FLASH acquisitions with different basic contrasts, i.e., proton density (PD), T1 or magnetization transfer (MT) weighting. Motion can particularly affect maps of the apparent transverse relaxation rate R2(*), which are derived from the signal of PD-weighted images acquired at different echo times. To address the motion artifacts, we introduce ESTATICS, which robustly estimates R2(*) from images even when acquired with different basic contrasts. ESTATICS extends the fitted signal model to account for inherent contrast differences in the PDw, T1w and MTw images. The fit was implemented as a conventional ordinary least squares optimization and as a robust fit with a small or large confidence interval. These three different implementations of ESTATICS were tested on data affected by severe motion artifacts and data with no prominent motion artifacts as determined by visual assessment or fast optical motion tracking. ESTATICS improved the quality of the R2(*) maps and reduced the coefficient of variation for both types of data-with average reductions of 30% when severe motion artifacts were present. ESTATICS can be applied to any protocol comprised of multiple 2D/3D multi-echo FLASH acquisitions as used in the general research and clinical setting.

The neurochemical profile quantified by in vivo 1H NMR spectroscopy.

Proton NMR spectroscopy is emerging from translational and preclinical neuroscience research as an important tool for evidence based diagnosis and therapy monitoring. It provides biomarkers that offer fingerprints of neurological disorders even in cases where a lesion is not yet observed in MR images. The collection of molecules used as cerebral biomarkers that are detectable by (1)H NMR spectroscopy define the so-called "neurochemical profile". The non-invasive quality of this technique makes it suitable not only for diagnostic purposes but also for therapy monitoring paralleling an eventual neuroprotection. The application of (1)H NMR spectroscopy in basic and translational neuroscience research is discussed here.

Evolution of the P-type II ATPase gene family in the fungi and presence of structural genomic changes among isolates of Glomus intraradices.

BACKGROUND: The P-type II ATPase gene family encodes proteins with an important role in adaptation of the cell to variation in external K+, Ca2+ and Na2+ concentrations. The presence of P-type II gene subfamilies that are specific for certain kingdoms has been reported but was sometimes contradicted by discovery of previously unknown homologous sequences in newly sequenced genomes. Members of this gene family have been sampled in all of the fungal phyla except the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF; phylum Glomeromycota), which are known to play a key-role in terrestrial ecosystems and to be genetically highly variable within populations. Here we used highly degenerate primers on AMF genomic DNA to increase the sampling of fungal P-Type II ATPases and to test previous predictions about their evolution. In parallel, homologous sequences of the P-type II ATPases have been used to determine the nature and amount of polymorphism that is present at these loci among isolates of Glomus intraradices harvested from the same field. RESULTS: In this study, four P-type II ATPase sub-families have been isolated from three AMF species. We show that, contrary to previous predictions, P-type IIC ATPases are present in all basal fungal taxa. Additionally, P-Type IIE ATPases should no longer be considered as exclusive to the Ascomycota and the Basidiomycota, since we also demonstrate their presence in the Zygomycota. Finally, a comparison of homologous sequences encoding P-type IID ATPases showed unexpectedly that indel mutations among coding regions, as well as specific gene duplications occur among AMF individuals within the same field. CONCLUSION: On the basis of these results we suggest that the diversification of P-Type IIC and E ATPases followed the diversification of the extant fungal phyla with independent events of gene gains and losses. Consistent with recent findings on the human genome, but at a much smaller geographic scale, we provided evidence that structural genomic changes, such as exonic indel mutations and gene duplications are less rare than previously thought and that these also occur within fungal populations.

alphaENaC-mediated lithium absorption promotes nephrogenic diabetes insipidus.

Lithium-induced nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is accompanied by polyuria, downregulation of aquaporin 2 (AQP2), and cellular remodeling of the collecting duct (CD). The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) is a likely candidate for lithium entry. Here, we subjected transgenic mice lacking αENaC specifically in the CD (knockout [KO] mice) and littermate controls to chronic lithium treatment. In contrast to control mice, KO mice did not markedly increase their water intake. Furthermore, KO mice did not demonstrate the polyuria and reduction in urine osmolality induced by lithium treatment in the control mice. Lithium treatment reduced AQP2 protein levels in the cortex/outer medulla and inner medulla (IM) of control mice but only partially reduced AQP2 levels in the IM of KO mice. Furthermore, lithium induced expression of H(+)-ATPase in the IM of control mice but not KO mice. In conclusion, the absence of functional ENaC in the CD protects mice from lithium-induced NDI. These data support the hypothesis that ENaC-mediated lithium entry into the CD principal cells contributes to the pathogenesis of lithium-induced NDI.

A single dose of intravenous esomeprazole decreases gastric secretion in healthy volunteers.

BACKGROUND: Data suggest that esomeprazole decreases gastric secretion. AIMS: To assess the effect of a single i.v. esomeprazole dose on gastric secretion volume 3 h after drug administration, as a primary endpoint, and to evaluate, as secondary endpoints, the reduction 1 and 5 h after dosing; time when the gastric pH was <2.5 and esomeprazole's safety. METHODS: In all, 23 healthy Helicobacter pylori-negative volunteers (10 men, 13 women, mean age 28.2 +/- 6) participated in this single-centre, randomized, double-blind, placebo-controlled, 2-way, single-dose cross-over study. In different sessions, volunteers received i.v. either esomeprazole 40 mg or placebo. An inserted double-lumen nasogastric tube perfused and aspirated gastric liquid. Mechanical fractioned aspiration measured secretion volume; aliquot spectrophotometry assessed gastric secretion volume lost to the duodenum. RESULTS: Three hours post-i.v. esomeprazole, average gastric secretion decreased by 77.6% (vs. baseline) compared to placebo. Values 1 and 5 h after dosing were 73.5% and 74.5%. Five hours after esomeprazole, the gastric pH was <2.5 3.9% of the time and 73.3% after placebo (P < 0.002). Esomeprazole was well-tolerated. No serious adverse events occurred. CONCLUSIONS: Intravenous esomeprazole decreases gastric secretions. The potential clinical impact in averting bronchoaspiration during anaesthesia induction and in intensive care patients should be investigated in further studies.

The neuronal monocarboxylate transporter MCT2: its regulation by BDNF and its role in learning and memory

Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain physiological and pathological conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood-brain barrier or out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal isoform and little is known about the regulation of its expression. Noradrenaline (NA), insulin and IGF-1 were previously shown to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here we demonstrate that the well known brain neurotrophic factor BDNF enhances MCT2 protein expression in cultured cortical neurons and in synaptoneurosome preparations in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. We observed that BDNF induced MCT2 expression by activation of MAPK as well as PI3K/Akt/mTOR signaling pathways. Furthermore, we investigated the possible post-transcriptional regulation of MCT2 expression by a neuronal miRNA. Then, we demonstrated that BDNF enhanced MCT2 expression in the hippocampus in vivo, in parallel with some post-synaptic proteins such as PSD95 and AMPA receptor GluR2/3 subunits, and two immediate early genes Arc and Zif268 known to be expressed in conditions related to synaptic plasticity. In the last part, we demonstrated in vivo that a downregulation of hippocampal MCT2 via silencing with an appropriate lentiviral vector in mice caused an impairment of working memory without reference memory deficit. In conclusion, these results suggest that regulation of neuronal monocarboxylate transporter MCT2 expression could be a key event in the context of synaptic plasticity, allowing an adequate energy substrate supply in situations of altered synaptic efficacy. - Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergéiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famillle de transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que la noradrénaline, l'insuline et l'IGF-1 induisent l'expression de MCT2 dans des cultures de neurones corticaux par un mécanisme traductionnel. Dans cette étude nous démontrons dans un premier temps que le facteur neurotrophique BDNF augmente l'expression de MCT2 à la fois dans des cultures de neurones corticaux et dans les préparations synaptoneurosomales selon un décours temporel et une gamme de concentrations propre. Aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Nous avons observé que le BDNF induisait l'expression de MCT2 par l'activation simultanée des voies de signalisation MAPK et PI3K/Akt/mTOR. De plus, nous nous sommes intéressés à une potentielle régulation par les micro-ARNs de la synthèse de MCT2. Ensuite, nous avons démontré que le BDNF induit aussi l'expression de MCT2 dans l'hippocampe de la souris en parallèle avec d'autres protéines post-synaptiques telles que PSD95 et GluR2/3 et avec deux « immediate early genes » tels que Arc et Zif268 connus pour être exprimés dans des conditions de plasticité synaptique. Dans un dernier temps, nous avons démontré qu'une diminution d'expression de MCT2 induite par le biais d'un siRNA exprimé via un vecteur lentiviral dans l'hippocampe de souris générait des déficits de mémoire de travail sans affecter la mémoire de référence. En conclusion, ces résultats nous suggèrent que le transporteur aux monocarboxylates neuronal MCT2 serait essentiel pour l'apport énergétique du lactate pour les neurones dans des conditions de haute activité neuronale comme c'est le cas pendant les processus de plasticité synaptique.

Apport de la pH-impédancemétrie au diagnostic du reflux gastro- oesophagien et de la dysphagie [Advantages of pH-impedance monitoring in gastroesophageal reflux and dysphagia investigations]

Les manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien sont fréquentes. La pH-impédancemétrie permet d’évaluer des reflux acides ou non acides et de déterminer leur extension proximale. A la lumière de deux patients de notre collectif, nous observons une corrélation entre reflux non acide et symptômes ORL dans le premier cas et une suppression acide insuffisante dans le deuxième cas. Ces résultats nous orientent vers un traitement spécifique complémentaire aux inhibiteurs de la pompe à protons. La pH-impédancemétrie détecte les reflux aussi bien acides que non acides, et analyse la concordance entre les symptômes et les épisodes de reflux. Elle permet ainsi une meilleure compréhension des manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien et une prise en charge thérapeutique mieux adaptée. ENT symptoms of gastro-esophageal reflux are frequent. pH-impedance can detect acid and non-acid reflux and measure their proximal extension. The technique identifies the refluxate by changes in impedance. We discuss 2 clinical situations where correlation of symptoms could be explained by a non-acid reflux in the first case, and a lack of acid suppression in the second case, respectively. These results lead to a specific additional treatment to proton pump inhibitors (PPI). This technology provides a better understanding of the pathogenesis of reflux laryngitis, and affords the prescription of PPI on a proven diagnosis. Detection of non-acid reflux leads to an optimized medical treatment.

Sodium/hydrogen exchanger NHA2 is critical for insulin secretion in β-cells.

NHA2 is a sodium/hydrogen exchanger with unknown physiological function. Here we show that NHA2 is present in rodent and human β-cells, as well as β-cell lines. In vivo, two different strains of NHA2-deficient mice displayed a pathological glucose tolerance with impaired insulin secretion but normal peripheral insulin sensitivity. In vitro, islets of NHA2-deficient and heterozygous mice, NHA2-depleted Min6 cells, or islets treated with an NHA2 inhibitor exhibited reduced sulfonylurea- and secretagogue-induced insulin secretion. The secretory deficit could be rescued by overexpression of a wild-type, but not a functionally dead, NHA2 transporter. NHA2 deficiency did not affect insulin synthesis or maturation and had no impact on basal or glucose-induced intracellular Ca(2+) homeostasis in islets. Subcellular fractionation and imaging studies demonstrated that NHA2 resides in transferrin-positive endosomes and synaptic-like microvesicles but not in insulin-containing large dense core vesicles in β-cells. Loss of NHA2 inhibited clathrin-dependent, but not clathrin-independent, endocytosis in Min6 and primary β-cells, suggesting defective endo-exocytosis coupling as the underlying mechanism for the secretory deficit. Collectively, our in vitro and in vivo studies reveal the sodium/proton exchanger NHA2 as a critical player for insulin secretion in the β-cell. In addition, our study sheds light on the biological function of a member of this recently cloned family of transporters.

Distribution profile of zwitterions and hydrolysis of esters derived from N-benzylpiperazine

Résumé Les esters sont des agents thérapeutiques largement utilisés comme médicaments et prodrogues. Leurs dégradation est chimique et enzymatique. Le Chapitre IV de cette thèse a comme objet l'hydrolyse chimique de plusieurs dérivés esters du 2,3-dimethoxyphenol. Des composés modèles ont été synthétisés dans le but de déterminer leur mécanismes de dégradation. Les profils d'ionisation et d'hydrolyse de ces composés ont permis d'identifier la présence d'une catalyse intramoléculaire basique par un atome d'azote non-protoné. Les effets électroniques exercés par les groupes phenylethenyle et phenylcyclopropyle influencent également la vitesse d'hydrolyse des esters. La résolution des problèmes liés à l'adsorption et la perméation est devenue à nos jours l'étape limitante dans la conception de nouveaux médicaments car de trop nombreux candidats prometteurs ont échoué à cause d'une mauvaise biodisponibilité. La lipophilie décrit le partage d'un médicament entre une membrane lipidique et son environnement physiologique aqueux, et de ce fait elle influence sa pharmacocinétique. Des études récents ont mis en évidence l'importance de la détermination de la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Le Chapitre V de cette thèse est centré sur une classe particulière de composés ionisables, les zwitterions. Plusieurs methoxybenzylpiperazines de nature zwitterionique ont été étudiées. Leurs profils d'ionisation ont montré que dans un large intervalle de pH, l'espèce prédominante est le zwitterion. Les profils de lipophilie ont montré que leur lipophilie est plus élevée que celles des zwitterions courants. Une interaction électrostatique entre l'oxygène du carboxylate et l'azote protoné est responsable de ce profil et rend la plupart des zwitterions non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux aspects peuvent favoriser le passage de la barrière hémato-éncephalique. Les données biologiques ont par la suite confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Résumé large public Les esters sont des composés souvent rencontrés en chimie thérapeutique. Ils sont dégradés en milieu aqueux par une réaction d'hydrolyse, avec ou sans la participation d'enzymes. Dans ce travail de thèse, une série d'esters ont été étudiés dans le but d'établir une relation entre leur structure et les mécanismes responsables de leur dégradation chimique. Il a été prouvé que la dégradation est accélérée par un atome d'azote non-protoné. D'autres mécanismes peuvent intervenir en fonction du pH du milieu. La présence d'une liaison simple ou double ou d'un groupe phenylcyclopropyle peut également influencer la vitesse de dégradation. Il est essentiel, dans la conception de nouveaux médicaments, d'optimiser les étapes qui influencent leur distribution dans le corps. Ce dernier peut être visualisé comme une série infinie de compartiments aqueux séparés par des membranes lipidiques. La lipophilie est une propriété moléculaire importante qui décrit le passage des barrières rencontrées par les médicaments. Des études récentes ont mis en évidence l'importance de déterminer la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Dans ce travail de thèse a été étudiée une série particulière de composés ionisables , les zwitterions. Une relation a été établie entre leur structure et leur proprietés physico-chimiques. Une lipophilie plus élevée par rapport à celle des zwitterions courants a été trouvée. Une interaction entre les groupes chargés des zwitterions étudiés est responsable de ce comportement inattendu et rend la plupart d'entre eux non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux facteurs peuvent favoriser la pénétration cérébrale. Les données biologiques ont confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Summary Esters are often encountered in medicinal chemistry. Their hydrolysis may be chemical as well as enzymatic. Chapter IV of this manuscript provides a mechanistic insight into the chemical hydrolysis of a particular series of basic esters derived from 2,3-dimethoxyphenol. Their ionization and pH-rate profiles allowed to identify the presence of an intramolecular base catalysis by a non-protonated nitrogen atom. Electronic effects exerted by the phenylethenyl and phenylcyclopropyl groups that are present in the structure of the esters also influenced their rate of hydrolysis. Numerous works in the literature witness of the importance of lipophilicity in determining the fate of a drug. Most published partition coefficients are those of neutral species. In contrast, no exhaustive treatment of the lipophilicity of charged molecules is available at present, and a lack of information characterizes in particular zwitterions. Chapter V of this manuscript provides an insight into the physicochemical parameters of a series of zwitterionic methoxybenzylpiperazines. Their ionization profiles showed that they exist predominantly in the zwitterionic form in a broad pH-range. An electrostatic interaction between the oxygen of the carboxylate and the protonated nitrogen atom is increases the lipophilicity of the investigated zwitterions, and prevents the majority of them to express their hydrogen-bonding capacity. These two aspects may favor the crossing of the blood-brain barrier. The available ratios PSt/PSf measured in vitro have confirmed this point for a number of compounds.